大体积混凝土裂缝的成因及控制措施

曹小龙

摘要：大体积混凝土裂缝成因主要是混凝土的水化热温度，控制措施：用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法，采用水化热低的水泥，加快混凝土散热速度，入仓温度。气温骤降，寒冷季节浇筑混凝土后，应注意覆盖保温，加强养护。

关键词：大体积混凝土 裂缝 原因 控制

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

在桥梁建造和使用过程中，大体积混凝土裂缝经常出现。大体积混凝土的裂缝是由于大体积混凝土内部应力和外部荷载作用，以及温度变化等因素作用下形成的。有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断扩展，不但会影响大体积混凝土表面的美观、减小钢筋的大体积混凝土保护层厚度，而且易引发大体积混凝土面层剥落，加速钢筋的锈蚀，降低大体积混凝土的抗冻性及耐久性，严重时甚至发生垮塌事故，所以必须加以控制。本文通过现场施工管理，施工的角度，分析了造成桥梁结构中大体积混凝土裂缝的原因，并提出如何预防，检查和处理大体积混凝土裂缝的主要的技术措施。          1、桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因    主要原因由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。

（1）荷载引起的裂缝。大体积混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称为荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。产生原因有：①对结构进行计算时，计算模型不合理，结构受力假设与实际受力不符，荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误，结构安全系数不够；结构设计未考虑施工的可行性，设计截面不足；钢筋设计偏少或布置错误，结构刚度不够等…。②施工时不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图施工、擅自更改结构施工顺序、改变结构受力模式；未对结构作疲劳强度验算。

（2）温度变化引起的裂缝。混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝的特征主要是表面裂缝的走向一般无规律性，深层或贯穿裂缝的走向一般与主筋平行或接近平行；裂缝宽度大小不一，受温度变化的影响热细冷宽。

（3）收缩引起的裂缝。大体积混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自身收缩和碳化收缩。收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土内水分的蒸发速率大于其泌水速率，在固体颗粒水面产生毛细管张力，混凝土自体收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而产生裂缝。收缩引起的裂缝是不规则斜裂缝，在钢筋以上，似龟纹，常开始出现在现浇混凝土后数周或数月之间。

（4）地基基础变形引起的裂缝。基础不均匀沉降的主要原因有：①由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降，使局部混凝土变形受约束而产生裂缝。②由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉而使水泥浆上浮，当这种下沉受到钢筋、模板作用时就会产生裂缝。

（5）钢筋锈蚀引起的裂缝。由于大体积混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2倍～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝。转

（6）冻胀引起的裂缝。当大气温度低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9％，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冰水(结冰温度在一78℃以下)在微观结构中迁移和重分布，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，导致裂缝出现。 2、大体积混凝土裂缝的控制措施

2.1大体积混凝土的浇注应在一天气温较低是进行。用以下方法控制混凝土的水化热温度：

（1）用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量，掺加外加料和外加剂在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。

（2）采用水化热低的大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥，以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。

（3）减小浇筑层厚度，加快混凝土散热速度。大体积混凝土的骨料控制 在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

（4）混凝土用料要遮盖，避免日黄暴晒，并用冷却水搅拌混凝土，以降低入仓温度。大体积混凝土的施工 混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。

（5）在混凝土内埋设冷却管通水冷却。

（6）在遇气温骤降的天气或寒冷季节浇筑混凝土后，应注意覆盖保温，加强养护。     如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。加热石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不应超过75℃。另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。    虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。